(57)【要約】【課題】バンプの凝固を検出する精度を高めることにより、バンプの接合品質を向上できる、電子部品製造装置等を提供する。【解決手段】本発明の電子部品製造装置１０は、液状のバンプ１１を半導体チップ１２と実装基板１３とで挟んだ状態で半導体チップ１２と実装基板１３との重なり合う方向での位置を保持する位置保持手段２０と、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定する電力測定器１４と、電力測定器１４によって測定された力ｆに基づき位置保持手段２０による位置の保持を解放する制御部３０と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状のバンプを二枚の基板で挟んだ状態で当該二枚の基板の重なり合う方向での位置を保持する位置保持手段と、
前記二枚の基板に挟まれた前記バンプの凝固による力を測定する凝固力測定手段と、
この凝固力測定手段によって測定された前記力に基づき、前記位置保持手段による前記位置の保持を解放する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電子部品製造装置。
【請求項２】
前記位置保持手段は、前記位置を保持する力を電力によって得るアクチュエータを有し、
前記凝固力測定手段は、前記アクチュエータへ供給される電力を測定する電力測定器であり、
前記制御手段は、前記電力測定器によって測定される前記電力が設定値になったときに、前記アクチュエータによる前記位置の保持を解放する、
ことを特徴とする請求項１記載の電子部品製造装置。
【請求項３】
前記凝固力測定手段は、前記二枚の基板の少なくとも一方に加わる荷重を測定する荷重測定器であり、
前記制御手段は、前記荷重測定器によって測定される前記荷重が設定値になったときに、前記位置保持手段による前記位置の保持を解放する、
ことを特徴とする請求項１記載の電子部品製造装置。
【請求項４】
液状のバンプを二枚の基板とで挟んだ状態で当該二枚の基板の重なり合う方向での位置を保持し、
前記二枚の基板に挟まれた前記バンプの凝固による力を測定し、
測定された前記力に基づき前記位置の保持を解放する、
ことを特徴とする電子部品製造方法。
【請求項５】
前記位置の保持する力を電力によって得るアクチュエータを用い、
前記アクチュエータへ供給される電力を電力測定器で測定することを介して、前記二枚の基板に挟まれた前記バンプの凝固による力を測定し
前記電力測定器によって測定される前記電力が設定値になったときに、前記アクチュエータによる前記位置の保持を解放する、
ことを特徴とする請求項４記載の電子部品製造方法。
【請求項６】
前記第二枚の基板の少なくとも一方に加わる荷重を荷重測定器によって測定することを介して、前記二枚の基板に挟まれた前記バンプの凝固による力を測定し
前記荷重測定器によって測定される前記荷重が設定値になったときに、前記位置の保持を解放する、
ことを特徴とする請求項５記載の電子部品製造方法。
【請求項７】
液状のバンプを二枚の基板で挟んだ状態で当該二枚の基板の重なり合う方向での位置を保持する位置保持手段と、前記二枚の基板に挟まれた前記バンプの凝固による力を測定する凝固力測定手段と、コンピュータとを備えた電子部品製造装置に用いられるプログラムであって、
前記凝固力測定手段によって測定された前記力に関するデータを入力する入力機能と、入力した前記データに基づき前記バンプが凝固したか否かを判断する判断機能と、前記バンプが凝固したと判断すると前記位置の保持を解放する制御信号を前記位置保持手段へ出力する出力機能とを、
前記コンピュータに実現させるための電子部品製造プログラム。
【請求項８】
前記位置保持手段は、前記位置を保持する力を電力によって得るアクチュエータを有し、かつ前記凝固力測定手段は、前記アクチュエータへ供給される電力を測定する電力測定器であるとき、
前記判断機能は、前記電力測定器によって測定される前記電力が設定値になったときに、前記バンプが凝固したと判断する、
ことを特徴とする請求項７記載の電子部品製造プログラム。
【請求項９】
前記凝固力測定手段は、前記二枚の基板の少なくとも一方に加わる荷重を測定する荷重測定器であるとき、
前記判断機能は、前記荷重測定器によって測定される前記荷重が設定値になったときに、前記バンプが凝固したと判断する、
ことを特徴とする請求項７記載の電子部品製造プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二枚の基板がバンプで電気的かつ機械的に接続された構造を有する電子部品を製造するための電子部品製造装置等に関する。そのような「電子部品」としては、例えばフリップチップが実装されたプリント配線板などが挙げられる。また、ここでいう「基板」には、プリント配線板などの他にも半導体基板（すなわちフリップチップなどの半導体チップ）も含むものとする。「バンプ」には、はんだバンプの他に導電性樹脂から成るバンプも含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器には大容量化、高速化、高密度実装化などが要求されており、これらの要求を満たすためにフリップチッブ工法が有効とされている。しかしながら、フリップチップ工法は、半導体チップに形成されたバンプを介して、半導体チップを実装基板の電極に直接接続するため、半導体チップや実装基板の反りにより発生する応力が直接バンプにかかってしまう。よって、バンプの接合品質や信頼性を向上させるためには、バンプにストレスを与えずに半導体チップと実装基板とを接合させる必要がある。
【０００３】
バンプの加熱溶融により電子素子と実装基板とを電気的かつ機械的に接合する実装方法では、バンプ溶融中は、電子素子を把持している搭載ヘッドを、一定位置になるように位置制御している。その理由は、バンプの高さをコントロールするため、又はバンプが押しつぶされて電子素子若しくは実装基板の回路が短絡してしまうことを防止するためである。
【０００４】
一方、バンプ溶融後の冷却工程では、電子素子を把持している搭載ヘッドと、実装基板をセットしている搭載ステージとの相対距離は、各部の熱収縮のために拡がっていく。そのため、バンプが凝固した後も、搭載ヘッドを一定位置になるように制御していると、バンプには引き伸ばされる方向に応力が発生する。この応力は、バンプ内のクラックの発生や、バンプの剥離の原因となる。そのため、冷却開始後、設定した時間が経過したら、搭載ヘッドを位置制御から圧力制御へ移行したり、電子部品の把持を解除したりすることにより、バンプにかかる引き伸ばし応力の発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５９−１０７１７１号公報
【特許文献２】特開昭６３−０１３６６３号公報
【特許文献３】特開平０５−２０８２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、製造装置の状態や装置周辺の環境又は冷却手段のばらつきのため、冷却開始からバンプが凝固するまでの時間もばらついている。したがって、この技術では、冷却時のバンプに発生する引き伸ばし応力を完全に除去することができないため、バンプの接合品質を劣化させてしまうことになる。つまり、バンプの凝固を冷却開始後の経過時間で検出する技術では、バンプの凝固を検出する精度が低いため、バンプの接合品質を劣化させてしまうという問題があった。
【０００７】
これに対し、バンプの凝固を、冷却開始後の経過時間ではなく、ヒータ温度によって検出する技術が知られている（例えば上記特許文献１〜３）。
【０００８】
しかしながら、ヒータ温度はバンプ温度そのものではないので、ヒータ温度とバンプ温度とに差が存在する。また、バンプの温度を正確に検出できたとしても、はんだ組成のばらつきによりバンプの凝固温度もばらつくので、バンプの凝固を正確に検出できるとは限らない。したがって、バンプの凝固をヒータ温度によって検出する技術でも、やはりバンプの凝固を検出する精度が低いため、バンプの接合品質を劣化させてしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、バンプの凝固を検出する精度を高めることにより、バンプの接合品質を向上できる、電子部品製造装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電子部品製造装置は、
液状のバンプを二枚の基板で挟んだ状態で当該二枚の基板の重なり合う方向での位置を保持する位置保持手段と、
前記二枚の基板に挟まれた前記バンプの凝固による力を測定する凝固力測定手段と、
この凝固力測定手段によって測定された前記力に基づき、前記位置保持手段による前記位置の保持を解放する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る電子部品製造方法は、
液状のバンプを二枚の基板とで挟んだ状態で当該二枚の基板の重なり合う方向での位置を保持し、
前記二枚の基板に挟まれた前記バンプの凝固による力を測定し、
測定された前記力に基づき前記位置の保持を解放する、
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る電子部品製造プログラムは、
液状のバンプを二枚の基板で挟んだ状態で当該二枚の基板の重なり合う方向での位置を保持する位置保持手段と、前記二枚の基板に挟まれた前記バンプの凝固による力を測定する凝固力測定手段と、コンピュータとを備えた電子部品製造装置に用いられるプログラムであって、
前記凝固力測定手段によって測定された前記力に関するデータを入力する入力機能と、入力した前記データに基づき前記バンプが凝固したか否かを判断する判断機能と、前記バンプが凝固したと判断すると前記位置の保持を解放する制御信号を前記位置保持手段へ出力する出力機能とを、前記コンピュータに実現させるためのものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バンプの凝固による力の発生を検出し、この力を検出すると二枚の基板の位置の保持を解放することにより、バンプの応力を的確に解放できるので、バンプの接合品質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る第一実施形態の電子部品製造装置を示す構成図であり、バンプが溶融する前の状態である。
【図２】図１の一部を示す断面図であり、バンプが溶融してから凝固するまでの状態である。
【図３】図３［１］は、一般的な技術におけるバンプの冷却経過時間とアクチュエータの電力及びバンプ温度との関係の一例を示すグラフである。図３［２］は、第一実施形態におけるバンプの冷却経過時間とアクチュエータの電力及びバンプ温度との関係の一例を示すグラフである。
【図４】図４［１］は、第一実施形態における制御部の一例を示すブロック図である。図４［２］は、図４［１］の制御部の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る第二実施形態の電子部品製造装置を示す構成図であり、バンプが溶融する前の状態である。
【図６】図５の一部を示す断面図であり、バンプが溶融してから凝固するまでの状態である。
【図７】図７［１］は、一般的な技術におけるバンプの冷却経過時間と荷重測定器による荷重及びバンプ温度との関係の一例を示すグラフである。図７［２］は、第二実施形態におけるバンプの冷却経過時間と荷重測定器による荷重及びバンプ温度との関係の一例を示すグラフである。
【図８】図８［１］は、第二実施形態における制御部の一例を示すブロック図である。図８［２］は、図８［１］の制御部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る第一実施形態の電子部品製造装置を示す構成図であり、バンプが溶融する前の状態である。図２は、図１の一部を示す断面図であり、バンプが溶融してから凝固するまでの状態である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１６】
本実施形態の電子部品製造装置１０は、液状のバンプ１１を半導体チップ１２と実装基板１３とで挟んだ状態で半導体チップ１２と実装基板１３との重なり合う方向での位置を保持する位置保持手段２０と、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定する電力測定器１４と、電力測定器１４によって測定された力ｆに基づき位置保持手段２０による位置の保持を解放する制御部３０と、を備えたことを特徴とする。ここでいう「位置の保持を解放する」には、搭載ヘッド２２による半導体チップ１２の把持（吸着）を解放する場合や、位置の保持を解放して荷重制御に移行する場合なども含まれるものとする。
【００１７】
また、位置保持手段２０は、位置を保持する力を電力ｐによって得るアクチュエータ２１を有する。電力測定器１４は、アクチュエータ２１へ供給される電力ｐを測定する。制御部３０は、電力測定器１４によって測定される電力ｐが設定値ｐthになったときに、アクチュエータ２１による位置の保持を解放する。あるいは、制御部３０は、電力ｐが設定値ｐthになったときに、搭載ヘッド２２による半導体チップ１２の把持（吸着）を解放するようにしてもよい。
【００１８】
アクチュエータ２１は、リニアモータであるが、他の種類のモータなどであってもよい。アクチュエータ２１には制御部３０から出力される制御信号に応じて電力が供給されており、その電力は実質的に電圧一定であるため電流によって測定できる。電力測定器１４は、アクチュエータ２１へ供給される電流を測定する電流測定器であるが、実質的に電流一定であれば電圧測定器などであってもよい。バンプ１１は、はんだバンプであるが、導電性樹脂などからなるバンプでもよい。
【００１９】
位置保持手段２０は、アクチュエータ２１の他に、搭載ヘッド２２、上下動機構２３、位置測定器２４、ステッピングモータ２５、ねじ送り機構２６、及び制御部３０の機能の一部等から構成されている。搭載ヘッド２２は、真空吸着によって半導体チップ１２を保持するとともに、ヒータによって半導体チップ１２を加熱する。上下動機構２３は、アクチュエータ２１から発生する力によって、搭載ヘッド２２を上方又は下方（Ｚ軸方向）へ動かす。位置測定器２４は、例えば直線型ポテンショメータ、インダクトシン又はリニアエンコーダなどであり、搭載ヘッド２２などの位置情報を制御部３０へ出力する。アクチュエータ２１及び上下動機構２３が微調整用であるのに対して、ステッピングモータ２５及びねじ送り機構２６は粗調整用である。制御部３０は、位置測定器２４から搭載ヘッド２２などの位置情報を入力し、半導体チップ１２と実装基板１３との位置が一定になるようにアクチュエータ２１へ制御信号を出力する（位置制御）。なお、本実施形態では、アクチュエータ２１としてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）とリニアガイドとから成るリニアモータを用い、位置測定器２４としてリニアエンコーダを用いている。粗調整用のステッピングモータ２５及びねじ送り機構２６は、省略してもよい。
【００２０】
電子部品製造装置１０には、位置決め手段４０が付設されている。位置決め手段４０は、実装基板１３を載置及び加熱する搭載ステージ４１、搭載ステージ４１をＸ軸方向及びＹ軸方向へ動かすＸＹステージ４２、制御部３０の機能の一部等から構成されている。
【００２１】
また、電子部品製造装置１０には、搭載ヘッド２２などに加わる荷重を測定する荷重測定器１５が付設されている。制御部３０は、荷重測定器１５からから搭載ヘッド２２などの荷重情報を入力し、この荷重が一定になるようにアクチュエータ２１へ制御信号を出力する（荷重制御）。なお、荷重測定器１５は省略してもよい。
【００２２】
図２に示すように、半導体チップ１２には電極１２ａが設けられ、実装基板１３には電極１３ａが設けられている。バンプ１１は、あらかじめ半導体チップ１２の電極１２ａに設けられており（図１）、溶融及び凝固することにより電極１２ａと電極１３ａとを電気的かつ機械的に接続する（図２）。
【００２３】
なお、特許請求の範囲における「二枚の基板」、「凝固力測定手段」及び「制御手段」は、それぞれ一例としての「半導体チップ１２及び実装基板１３」、「電力測定器１４」及び「制御部３０」に相当する。
【００２４】
図３［１］は、一般的な技術におけるバンプの冷却経過時間とアクチュエータの電力及びバンプ温度との関係の一例を示すグラフである。図３［２］は、第一実施形態におけるバンプの冷却経過時間とアクチュエータの電力及びバンプ温度との関係の一例を示すグラフである。次に、図１乃至図３に基づき、電子部品製造装置１０の作用及び効果を説明する。
【００２５】
アクチュエータ２１は、液状のバンプ１１を半導体チップ１２と実装基板１３とで挟んだ状態で、半導体チップ１２と実装基板１３とのＺ軸方向における位置を保持する。ここで、液状のバンプ１１が凝固すると、バンプ１１、半導体チップ１２、実装基板１３等の収縮によって、半導体チップ１２と実装基板１３との距離ｄを縮めようとする力ｆが発生する。すると、アクチュエータ２１は、力ｆに抗して半導体チップ１２と実装基板１３とを現在の位置に維持しようとするので、より多くの電力ｐを必要とする。つまり、液状のバンプ１１が凝固する→力ｆが発生する→アクチュエータ２１の電力ｐが増加する、という関係が成り立つ。ゆえに、図３［２］に示すように、アクチュエータの２１の電力ｐを電力測定器１４で測定することによって、バンプ１１の凝固による力ｆを間接的に測定することができる。
【００２６】
このまま力ｆが発生した状態で、半導体チップ１２と実装基板１３とを現在の位置に維持し続けようとすると、その反作用としてバンプ１１に引き伸ばし応力ｆ’が加わることにより、バンプ１１の接合品質を劣化させてしまう。そこで、制御部３０は、電力測定器１４によって測定される電力ｐが設定値ｐthになったときに、アクチュエータ２１による位置の保持を解放する。その結果、バンプ１１の応力ｆ’が解放される。
【００２７】
半導体チップ１２と実装基板１３との距離ｄを縮めようとする力ｆは、バンプ１１が凝固しない限り発生しないので、冷却開始後の経過時間やヒータ温度に比べて、的確にバンプ１１の凝固を反映している。したがって、バンプ１１の応力ｆ’を的確に解放できるので、バンプ１１の接合品質を向上できる。
【００２８】
すなわち、電子部品製造装置１０によれば、バンプの１１の凝固による力ｆの発生をアクチュエータ２１の電力ｐを介して検出し、この力ｆを検出すると半導体チップ１２と実装基板１３との位置の保持を解放することにより、バンプ１１の応力ｆ’を的確に解放できるので、バンプ１１の接合品質を向上できる。
【００２９】
本実施形態の電子部品製造方法は、電子部品製造装置１０の動作として実現されている。すなわち、本実施形態の電子部品製造方法は、液状のバンプ１１を半導体チップ１２と実装基板１３とで挟んだ状態で半導体チップ１２と実装基板１３との位置を保持し、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定し、測定された力ｆに基づき位置の保持を解放する、ことを特徴とする。
【００３０】
また、位置の保持を解放する力を電力ｐによって得るアクチュエータ２１を用い、アクチュエータ２１へ供給される電力ｐを電力測定器１４で測定することを介して、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定し、電力測定器１４によって測定される電力ｐが設定値ｐthになったときに、アクチュエータ２１による位置の保持を解放する。
【００３１】
図４［１］は、本実施形態における制御部の一例を示すブロック図である。図４［２］は、図４［１］の制御部の動作を示すフローチャートである。次に、図１乃至図４に基づき、本実施形態の電子部品製造プログラムについて説明する。
【００３２】
制御部３０がコンピュータであるとき、制御部３０の機能は本実施形態の電子部品製造プログラムによって実現できる。すなわち、本実施形態の電子部品製造プログラムは、液状のバンプ１１を半導体チップ１２と実装基板１３とで挟んだ状態で半導体チップ１２と実装基板１３との重なり合う方向での位置を保持する位置保持手段２０と、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定する電力測定器１４と、コンピュータから成る制御部３０と、を備えた電子部品製造装置１０に用いられる。そして、本実施形態の電子部品製造プログラムは、電力測定器１４によって測定された力ｆに関するデータａを入力する入力機能（ステップ１０１）と、入力したデータａに基づきバンプ１１が凝固したか否かを判断する判断機能（ステップ１０２）と、バンプ１１が凝固したと判断すると位置の保持を解放する制御信号ｂを位置保持手段２０へ出力する出力機能（ステップ１０３）とを、制御部３０に実現させるためのものである。
【００３３】
位置保持手段２０は、位置を保持する力を電力ｐによって得るアクチュエータ２１を有する。電力測定器１４は、アクチュエータ２１へ供給される電力ｐを測定することを介して、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定する。このとき、判断機能（ステップ１０２）は、電力測定器１４によって測定される電力ｐが設定値ｐthになったときに、バンプ１１が凝固したと判断する。
【００３４】
図４［１］に示すように、制御部３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、入出力インタフェース３４等から成る一般的なマイクロコンピュータである。入出力インタフェース３４には、電力測定器１４及びアクチュエータ２１以外に、その他の機器３５も接続されている。制御部３０は、その他の機器３５を制御する機能も有している。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３に格納されている本実施形態の電子部品製造プログラムの命令を一つずつ取り出し、これを解読して実行する。
【００３５】
本実施形態の電子部品製造方法及び電子部品製造プログラムによれば、電子部品製造装置１０と同様の作用及び効果を奏する。
【００３６】
次に、本実施形態の電子部品製造装置１０について、図１乃至図４に基づき更に詳しく説明する。
【００３７】
まず、ＸＹステージ４２は、半導体チップ１２のバンプ１１と実装基板１３の電極１３ａとの位置が一致するように、実装基板１３を実装面に平行な方向に位置決めする。そして、アクチュエータ２１は、搭載ヘッド２２を搭載ステージ４１方向へ移動させ、半導体チップ１２のバンプ１１と実装基板１３の電極１３ａとを接触させる。その後、搭載ヘッド２２及び搭載ステージ４１の両者又は一方は、内蔵するヒータに電力を供給することにより、バンプ１１の温度をその融点以上に加熱してバンプ１１を溶融させる。バンプ１１の溶融後は、半導体チップ１２を保持している搭載ヘッド２２は位置制御される。その理由は、バンプ１１の高さをコントロールするため、又は、バンプ１１が押しつぶされて半導体チップ１２又は実装基板１３の回路が短絡してしまうことを防止するためである。
【００３８】
その後、搭載ヘッド２２及び搭載ステージ４１の両者又は一方は、内蔵するヒータへの電力供給を停止することにより、バンプ１１を冷却してバンプ１１を凝固させる。これにより、組立フローは完了する。しかし、この冷却工程では、バンプ１１等の熱収縮によって、搭載ヘッド２２と搭載ステージ４１との相対距離が拡大していくという現象が起こる。そのため、搭載ヘッド２２を位置制御したままでは、バンプ１１が凝固すると、バンプ１１には引き伸ばされる方向の応力が発生する。
【００３９】
そこで、電子部品製造装置１０では、冷却中におけるアクチュエータ２１の電力ｐを測定し、電力ｐが設定値ｐthに達したらバンプ１１が凝固したと判断し、その瞬間に搭載ヘッド２２の制御を位置制御から荷重制御に移行したり、半導体チップ１２の保持を解除したりすることにより、バンプ１１に加わる引き伸ばし応力を防止することが可能となる。
【００４０】
すなわち、冷却工程において、バンプ１１が溶融している状態では、熱収縮により搭載ヘッド２２と搭載ステージ４１との相対距離が拡がっても、バンプ１１が溶融しているため搭載ヘッド２２には外力が発生しない。そのため、アクチュエータ２１へ供給される電流はほぼ一定となる。しかし、バンプ１１が凝固してしまうと、熱収縮により搭載ヘッド２２と搭載ステージ４１との相対距離が拡がる。そのため、バンプ１１には引き伸ばされる応力が発生し、その反力として、半導体チップ１２を保持している搭載ヘッド２２には搭載ステージ４１へ近付けようとする外力が発生する。そして、その外力に反発して搭載ヘッド２２の位置を保持するため、アクチュエータ２１に流れる電流は増大する。よって、冷却工程中のアクチュエータ２１に流れる電流をモニタし、その電流が増大した時がバンプ１１が凝固したポイントであり、その瞬間に搭載ヘッド２２を位置制御から圧力制御に移行したり、半導体チップ１２の保持を解除したりすることにより、バンプ１１に加わる引き伸ばし応力の発生を防止することが可能となる。
【００４１】
また、位置制御中のアクチュエータ２１の推力を観測し凝固点を検出する方法においては、電力測定器１４を設置せずに、制御部３０からリアルタイムに電流値を参照するようにしてもよい。この場合、アクチュエータ２１の推力とアクチュエータ２１に流す電流とは比例関係にあるので、制御部３０がアクチュエータ２１に流す電流を計算する。
【００４２】
更に、本実施形態は、次のように説明することもできる。冷却工程では、各部の熱収縮により、半導体チップ１２と実装基板１３との間の距離ｄは徐々に大きくなっていく。ただし、凝固前ではバンプ１１が液状となっているため、バンプ１１に応力ｆ’は発生しない。バンプ１１が凝固点まで冷却され固体化すると、応力ｆ’が発生する。その応力ｆ’をロードセル等の荷重測定手段やオブザーバ等の制御手段等で検出したり、アクチュエータ２１に流れる電流値を観測することによりバンプ１１の固体化を検出し、その固体化を検出したら、アクチュエータ２１を位置制御（例えば、位置測定器２４からの位置データが一定となるように、アクチュエータ２１に流す電流をコントロールする。）から圧力制御（例えば、一定電流をアクチュエータ２１に流す。）に変更したり、半導体チップ１２の把持（吸着）を解放したりすることにより、バンプ１１にかかる応力ｆ’を解放する。
【００４３】
図５は、本発明に係る第二実施形態の電子部品製造装置を示す構成図であり、バンプが溶融する前の状態である。図６は、図５の一部を示す断面図であり、バンプが溶融してから凝固するまでの状態である。以下、これらの図面に基づき説明する。なお、図５乃至図８において第一実施形態と同じ部分は同じ符号を付す。
【００４４】
本実施形態の電子部品製造装置５０は、液状のバンプ１１を半導体チップ１２と実装基板１３とで挟んだ状態で半導体チップ１２と実装基板１３との位置を保持する位置保持手段２０と、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定する荷重測定器１５と、荷重測定器１５によって測定された力ｆに基づき位置保持手段２０による位置の保持を解放する制御部６０と、を備えたことを特徴とする。
【００４５】
また、位置保持手段２０は、位置を保持する力を電力によって得るアクチュエータ２１を有する。荷重測定器１５は、半導体チップ１２すなわち搭載へッド２２に加わる荷重ｗを測定する。制御部６０は、荷重測定器１５によって測定される荷重ｗが設定値ｗthになったときに、位置保持手段２０すなわちアクチュエータ２１による位置の保持を解放する。あるいは、制御部６０は、荷重ｗが設定値ｗthになったときに、搭載ヘッド２２による半導体チップ１２の把持（吸着）を解放するようにしてもよい。
【００４６】
荷重測定器１５は、荷重を弾性体の歪みで測るロードセルであるが、ストレンゲージ式力センサなどであってもよい。また、荷重測定器１５は搭載へッド２２に加わる荷重ｗを測定するが、荷重ｗは半導体チップ１２に加わる荷重でもある。また、荷重測定器１５の代わりに、実装基板１３すなわち搭載ステージ４１に加わる荷重を測定する荷重測定器（図示せず）を用いてもよい。
【００４７】
なお、特許請求の範囲における「二枚の基板」、「凝固力測定手段」及び「制御手段」は、それぞれ一例としての「半導体チップ１２及び実装基板１３」、「荷重測定器１５」及び「制御部６０」に相当する。
【００４８】
図７［１］は、一般的な技術におけるバンプの冷却経過時間と荷重測定器による荷重及びバンプ温度との関係の一例を示すグラフである。図７［２］は、第二実施形態におけるバンプの冷却経過時間と荷重測定器による荷重及びバンプ温度との関係の一例を示すグラフである。次に、図５乃至図７に基づき、電子部品製造装置５０の作用及び効果を説明する。
【００４９】
アクチュエータ２１は、液状のバンプ１１を半導体チップ１２と実装基板１３とで挟んだ状態で、半導体チップ１２と実装基板１３とのＺ軸方向における位置を保持する。ここで、液状のバンプ１１が凝固すると、バンプ１１、半導体チップ１２、実装基板１３等の収縮によって、半導体チップ１２と実装基板１３との距離ｄを縮めようとする力ｆが発生する。すると、アクチュエータ２１は、力ｆに抗して半導体チップ１２と実装基板１３との現在の位置を保持しようとする。すると、この力ｆは、搭載ヘッド２２に伝わるので、荷重測定器１５で測定することができる。つまり、液状のバンプ１１が凝固する→力ｆが発生する→搭載ヘッド２２の荷重ｗが増加する、という関係が成り立つ。ゆえに、図７［２］に示すように、搭載ヘッド２２の荷重ｗを測定することによって、バンプ１１の凝固による力ｆを測定することができる。
【００５０】
このまま力ｆが発生した状態で、半導体チップ１２と実装基板１３との現在の位置を保持し続けようとすると、その反作用としてバンプ１１に引き伸ばし応力ｆ’が加わることにより、バンプ１１の接合品質を劣化させてしまう。そこで、制御部６０は、荷重測定器１５によって測定される荷重ｗが設定値ｗthになったときに、アクチュエータ２１による位置の保持を解放する。その結果、バンプ１１の応力ｆ’が解放される。
【００５１】
半導体チップ１２と実装基板１３との距離ｄを縮めようとする力ｆは、バンプ１１が凝固しない限り発生しないので、冷却開始後の経過時間やヒータ温度に比べて、的確にバンプ１１の凝固を反映している。したがって、バンプ１１の応力ｆ’を的確に解放できるので、バンプ１１の接合品質を向上できる。
【００５２】
すなわち、電子部品製造装置５０によれば、バンプ１１の凝固による力ｆの発生を搭載ヘッド２２の荷重ｗによって検出し、この力ｆを検出すると半導体チップ１２と実装基板１３との距離ｄの保持を停止することにより、バンプ１１の応力ｆ’を的確に解放できるので、バンプ１１の接合品質を向上できる。
【００５３】
本実施形態の電子部品製造方法は、電子部品製造装置５０の動作として実現されている。すなわち、本実施形態の電子部品製造方法は、液状のバンプ１１を半導体チップ１２と実装基板１３とで挟んだ状態で半導体チップ１２と実装基板１３との位置を保持し、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定し、測定された力ｆに基づき位置の保持を解放する、ことを特徴とする。
【００５４】
また、位置を保持する力を電力ｐによって得るアクチュエータ２１を用い、半導体チップ１２すなわち搭載ヘッド２２に加わる荷重ｗを荷重測定器１５によって測定することを介して、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定し、荷重測定器１５によって測定される荷重ｗが設定値ｗthになったときに、アクチュエータ２１による位置の保持を解放する。
【００５５】
図８［１］は、本実施形態における制御部の一例を示すブロック図である。図８［２］は、図８［１］の制御部の動作を示すフローチャートである。次に、図５乃至図８に基づき、本実施形態の電子部品製造プログラムについて説明する。
【００５６】
制御部６０がコンピュータであるとき、制御部６０の機能は本実施形態の電子部品製造プログラムによって実現できる。すなわち、本実施形態の電子部品製造プログラムは、液状のバンプ１１を半導体チップ１２と実装基板１３とで挟んだ状態で半導体チップ１２と実装基板１３との位置を保持する位置保持手段２０と、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定する荷重測定器１５と、コンピュータから成る制御部６０と、を備えた電子部品製造装置５０に用いられる。そして、本実施形態の電子部品製造プログラムは、荷重測定器１５によって測定された力ｆに関するデータａを入力する入力機能（ステップ２０１）と、入力したデータａに基づきバンプ１１が凝固したか否かを判断する判断機能（ステップ２０２）と、バンプ１１が凝固したと判断すると位置の保持を解放する制御信号ｂを位置保持手段２０へ出力する出力機能（ステップ２０３）とを、制御部６０に実現させるためのものである。
【００５７】
位置保持手段２０は、位置を保持する力を電力ｐによって得るアクチュエータ２１を有する。荷重測定器１５は、半導体チップ１２すなわち搭載ヘッド２２に加わる荷重ｗを測定することを介して、半導体チップ１２と実装基板１３とに挟まれたバンプ１１の凝固による力ｆを測定する。このとき、判断機能（ステップ２０２）は、荷重測定器１５によって測定される荷重ｗが設定値ｗthになったときに、バンプ１１が凝固したと判断する。
【００５８】
図８［１］に示すように、制御部６０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、入出力インタフェース３４等から成る一般的なマイクロコンピュータである。入出力インタフェース３４には、荷重測定器１５及びアクチュエータ２１以外に、その他の機器３５も接続されている。制御部６０は、その他の機器３５を制御する機能も有している。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３３に格納されている本実施形態の電子部品製造プログラムの命令を一つずつ取り出し、これを解読して実行する。
【００５９】
本実施形態の電子部品製造方法及び電子部品製造プログラムによれば、電子部品製造装置５０と同様の作用及び効果を奏する。
【００６０】
次に、本実施形態の電子部品製造装置５０について、図５乃至図８に基づき更に詳しく説明する。
【００６１】
まず、ＸＹステージ４２は、半導体チップ１２のバンプ１１と実装基板１３の電極１３ａとの位置が一致するように、実装基板１３を実装面に平行な方向に位置決めする。そして、アクチュエータ２１は、搭載ヘッド２２を搭載ステージ４１方向へ移動させ、半導体チップ１２のバンプ１１と実装基板１３の電極１３ａとを接触させる。その後、搭載ヘッド２２及び搭載ステージ４１の両者又は一方は、内蔵するヒータに電力を供給することにより、バンプ１１の温度をその融点以上に加熱してバンプ１１を溶融させる。バンプ１１の溶融後は、半導体チップ１２を保持している搭載ヘッド２２は位置制御される。その理由は、バンプ１１の高さをコントロールするため、又は、バンプ１１が押しつぶされて半導体チップ１２又は実装基板１３の回路が短絡してしまうことを防止するためである。
【００６２】
その後、搭載ヘッド２２及び搭載ステージ４１の両者又は一方は、内蔵するヒータへの電力供給を停止することにより、バンプ１１を冷却してバンプ１１を凝固させる。これにより、組立フローは完了する。しかし、この冷却工程では、バンプ１１等の熱収縮によって、搭載ヘッド２２と搭載ステージ４１との相対距離が拡大していくという現象が起こる。そのため、搭載ヘッド２２を位置制御したままでは、バンプ１１が凝固すると、バンプ１１には引き伸ばされる方向の応力が発生する。
【００６３】
そこで、電子部品製造装置１０では、冷却中における搭載ヘッド２２の荷重ｗを測定し、荷重ｗが設定値ｗthに達したらバンプ１１が凝固したと判断し、その瞬間に搭載ヘッド２２の制御を位置制御から荷重制御に移行したり、半導体チップ１２の保持を解除したりすることにより、バンプ１１に加わる引き伸ばし応力を防止することが可能となる。
【００６４】
すなわち、冷却工程において、バンプ１１が溶融している状態では、熱収縮により搭載ヘッド２２と搭載ステージ４１との相対距離が拡がっても、バンプ１１が溶融しているため搭載ヘッド２２には外力が発生しない。そのため、アクチュエータ２１へ供給される電流はほぼ一定となる。しかし、バンプ１１が凝固してしまうと、熱収縮により搭載ヘッド２２と搭載ステージ４１との相対距離が拡がる。そのため、バンプ１１には引き伸ばされる応力が発生し、その反力として、半導体チップ１２を保持している搭載ヘッド２２には搭載ステージ４１へ近付けようとする外力が発生する。よって、冷却工程中の搭載ヘッド２２の荷重ｗをモニタし、その荷重ｗが増大した時がバンプ１１が凝固したポイントであり、その瞬間に搭載ヘッド２２を位置制御から圧力制御に移行したり、半導体チップ１２の保持を解除したりすることにより、バンプ１１に加わる引き伸ばし応力の発生を防止することが可能となる。
【００６５】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、バンプ１１として、はんだバンプの代わりに導電性樹脂から成るバンプを用いてもよい。この場合は、熱収縮の代わりに、溶媒の蒸発や化学反応に起因して凝固による収縮が起こる。
【００６６】
本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、例えば半導体チップをプリント配線板などに搭載するフリップチップボンダ等に利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  電子部品製造装置
１１  バンプ
１２  半導体チップ
１２ａ  電極
１３  実装基板
１３ａ  電極
１４  電力測定器
１５  荷重測定器
２０  位置保持手段
２１  アクチュエータ
２２  搭載ヘッド
２３  上下動機構
２４  位置測定器
２５  ステッピングモータ
２６  ねじ送り機構
３０  制御部
３１  ＣＰＵ
３２  ＲＯＭ
３３  ＲＡＭ
３４  入出力インタフェース
３５  その他の機器
４０  位置決め手段
４１  搭載ステージ
４２  ＸＹステージ
５０  電子部品製造装置
６０  制御部
ｆ  力
ｆ’  応力
ｄ  距離
ｐ  電力
ｐth  設定値
ｗ  荷重
ｗth  設定値
ａ  データ
ｂ  制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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